DE10334091B4

DE10334091B4 - Motorregelungssystem

Info

Publication number: DE10334091B4
Application number: DE10334091A
Authority: DE
Inventors: Toru Kawatani; Naoki Onoda; Hiroshi Jyoutaki; Ritsuko Shinozaki; Yoshinori Takahashi; Yoshinaka Takeda; Kenji Sasaki; Kenji Kawai; Shinichi Saito; Masayuki Takahashi
Original assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Current assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Priority date: 2002-07-29
Filing date: 2003-07-25
Publication date: 2006-04-27
Anticipated expiration: 2023-07-26
Also published as: JP4114425B2; CN1292159C; US6935104B2; TW200407499A; US20040194451A1; TWI233462B; KR20040012494A; CN1480635A; JP2004060515A; DE10334091A1

Abstract

Motorregelungssystem, welches aufweist:
einen Ammoniak als ein Reduzierungsmittel enthaltenden NOx-Katalysator (13) der in einem Abgassystem eines Verbrennungsmotors (1) vorgesehen ist und selektiv NOx aus den Abgasen reduziert;
eine Reduzierungsmittel-Zuführung (14), welche das Reduzierungsmittel dem Abgassystem zuführt und anströmseitig von dem NOx-Katalysator (13) positioniert ist;
einen NOx-Sensor (15, 22) welcher die Menge von NOx in den von dem Verbrennungsmotor emittierten Abgasen detektiert;
ein Kraftstoffeinspritzsystem, das Kraftstoff in den Verbrennungsmotor (1) in einem Haupteinspritzmodus einspritzt, welcher eine Haupteinspritzung durchführt, oder in einem Pilot-und-Haupteinspritzmodus, der eine Piloteinspritzung und eine Haupteinspritzung durchführt, wobei die Piloteinspritzung vor der Haupteinspritzung erfolgt; und
eine Regelungseinheit, welche das Kraftstoffeinspritzsystem in dem Pilot-und-Haupteinspritzmodus unter der Kontrolle des Piloteinspritzzeitpunktes aktiviert, um das NO₂/NOx-Verhältnis des Abgases zu erhöhen, wenn ein auf der Basis der Daten des emittierten NOx ermittelter NOx-Reinigungswirkungsgrad gleich oder kleiner als ein vorab festgelegter NOx-Reinigungswirkungsgrad ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Motorregelungssystem, das mit einer NOx in Abgasen reinigenden NOx-Reinigungsvorrichtung versehen ist, und insbesondere ein Motorregelungssystem, welches Kraftstoff in einem Haupteinspritzmodus oder in einem Pilot-und-Haupteinspritzmodus einspritzt.

Üblicherweise wird NOx in von einem Verbrennungsmotor emittierten Abgasen durch eine NOx-Reinigungsvorrichtung gereinigt. Beispielsweise besteht eine NOx-Reinigungsvorrichtung für einen Dieselmotor aus einem katalytischen Wandler, welcher einen NOx-Katalysator aufweist und in einem Abgassystem vorgesehen ist, und selektiv NOx reinigt bzw. entfernt und aus einer Harnstofflösungszuführung, die anstromseitig von dem katalytischen Wandler angeordnet ist.

Der NOx-Katalysator enthält einen katalytischen Träger, welcher Vanadiumoxid (V₂O₂) trägt, welchem Harnstofflösung als ein Reduzierungsmittel zugeführt wird, und reinigt NOx in einer mit Überschußsauerstoff gefüllten Atmosphäre.

Die Hydrolyse und Pyrolyse der Harnstofflösung wird durch die nachstehende Formel ausgedrückt. Hydrolysierte und pyrolysierte Harnstofflösung gibt NH₃ ab. (NH₂)2CO + H₂O → 2NH₃ + CO₂ (1)

Die Denitrierung von NH₃ und Stickstoffoxid durch den NOx-Katalysator wird durch die Formeln (2) und (3) ausgedrückt. 4NH₃ + 4NO + O₂ → 4N₂ + 6H₂O (2) 2NH₃ + NO + NO₂ → 2N₂ + 3H₂O (3)

Gemäß 5 der beigefügten Zeichnungen ist der Reinigungswirkungsgrad der NOx-Reinigungsvorrichtung, welcher Ammoniak (oder Harnstofflösung) zugeführt wird, hoch, wenn eine Katalysatortemperatur von angenähert 350°C vorliegt, ist jedoch abrupt bei Temperaturen unter 350°C reduziert, wie es durch eine durchgezogene Linie dargestellt wird. Wenn das Verhältnis von NO : NO₂ in NOx = 1 : 1 ist, kann die NOx-Reinigungsvorrichtung das NOx am schnellsten reinigen. Ferner ist bereits bekannt, daß ein hoher NOx-Reinigungswirkungsgrad bei der Katalysatortemperatur von angenähert 200°C aufrechterhalten werden kann, wie es durch eine doppelt gestrichelte Linie dargestellt ist.

Im allgemeinen ist ein Verhältnis von NO₂ : NOx in Abgasen 0 : 1, was relativ klein ist. Daher ist der NOx-Reinigungswirkungsgrad, wie es durch die durchgezogene Linie in 5 dargestellt ist, reduziert.

Um die vorstehenden Probleme zu überwinden, kann eine Oxidationskatalysatorzuführung anstromseitig von den NOx-Katalysator in dem Abgassystem hinzugefügt werden, um das NO in den Abgasen zu NO₂ zu oxidieren, das NO₂/NOx-Verhältnis zu steigern und um NO₂ dem NOx-Katalaysator zuzuführen. Dieses scheint einen NOx-Reinigungswirkungsgrad wirksam auf einem hohen Wert zu halten.

Jedoch muß in dem vorstehenden Falle die Oxidationskatalysatorzuführung anstromseitig von einer Reduzierungsmittelzuführung in dem Abgassystem positioniert sein. Dieses vergrößert unvermeidlich die Reinigungsvorrichtung. Daher ist es schwierig, einen Platz für die Oxidationskatalysatorzuführung sicherzustellen. Ferner wird in dem Falle eines Dieselmotors, das NO2-Erzeugungsverhalten des Oxidationskatalysators tendenziell nachteilig durch Schwefel in den Abgasen beeinträchtigt, welcher sich aus Schwefelkomponenten im Kraftstoff ergibt. Außerdem kann die Reinigungsleistung und die Dauerbeständigkeit des Katalysators durch Schwefel beeinträchtigt werden.

DE 198 47 874 A1 offenbart ein Verfahren zur Stickoxidreduzierung im Abgas einer mager betriebenen Brennkraftmaschine, wobei das Kraftstoffeinspritzsystem in dem Pilot- und Haupteinspritzmodus aktiviert ist, wenn die vorbestimmten Parameter für eine NOx-Regeneration erfüllt sind.

Daher zielt die vorliegende Erfindung auf die Bereitstellung eines Motorregelungssystems ab, welches ein NO2-Verhältnis im NOx erhöht und das NOx selbst dann wirksam reinigen kann, wenn der NOx-Reinigungswirkungsgrad niedrig ist.

Diese Aufgabe kann durch die in den Ansprüchen definierten Merkmale gelöst werden.

Insbesondere stellt die vorliegende Erfindung ein Motorregelungssystem bereit, welches aufweist: einen Ammoniak als Reduzierungsmittel enthaltenden NOx-Katalysator, welcher in einem Abgassystem eines Verbrennungsmotors vorgesehen ist und selektiv NOx aus den Abgasen reduziert; eine Reduzierungsmittel-Zuführung, welche das Reduzierungsmittel dem Abgassystem zuführt und anstromseitig von dem NOx-Katalysator positioniert ist; einen NOx-Sensor, welcher die Menge von NOx in dem von dem Verbrennungsmotor emittierten Abgasen detektiert; ein Kraftstoffeinspritzsystem, das Kraftstoff in den Verbrennungsmotor in einem Haupteinspritzmodus einspritzt, welcher eine Haupteinspritzung durchführt, oder in einen Pilot-und-Haupteinspritzmodus, der eine Piloteinspritzung und eine Haupteinspritzung durchführt, wobei die Piloteinspritzung vor der Haupteinspritzung erfolgt; und eine Regelungseinheit, welche das Kraftstoffeinspritzsystem in dem Pilot-und-Haupteinspritzmodus unter der Kontrolle des Piloteinspritzzeitpunktes aktiviert, um das NO2/Nox-Verhältnis des Abgases zu erhöhen, wenn ein auf der Basis der Daten des emittierten NOx ermittelter NOx-Reinigungs wirkungsgrad gleich oder kleiner als ein vorab festgelegter NOx-Reinigungswirkungsgrad ist.

Wenn der NOx-Reinigungswirkungsgrad niedrig ist, wird Kraftstoff in dem Pilot-und-Haupteinspritzmodus eingespritzt, was ein NO₂/NOx-Verhältnis vergrößert und den NOx-Reinigungswirkungsgrad verbessert.

Das Motorregelungssystem enthält ferner einen Temperatursensor, der eine Temperatur des NOx-Katalysators detektiert. Die Regelungseinheit aktiviert das Kraftstoffeinspitzsystem in dem Pilot-und-Haupteinspritzmodus, wenn NOx mit einem NOx-Reinigungswirkungsgrad gleich oder unterhalb des vorab festgelegten Reinigungswirkungsgrads gereinigt wird, und wenn die von dem Katalysatortemperatursensor detektierte Temperatur unterhalb einer Katalysatoraktivierungstemperatur liegt.

Wenn der NOx-Reinigungswirkungsgrad gleich oder unterhalb dem voreingestellten Wert liegt und die Katalysatortemperatur ebenfalls unter einem voreingestellten Wert liegt, wird Kraftstoff in dem Pilot-und-Haupteinspritzmodus eingespritzt. Dieses vergrößert das NO₂/NOx-Verhältnis und verbessert zuverlässig den NOx Wirkungsgrad.

Die Erfindung wird im Detail in Verbindung mit den Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen ist:
1 eine schematische Darstellung eines Motorregelungssystems und eines Motors, bei welchem das Motorregelungssystem anwendbar ist,
2a ein Diagramm, welches eine Wellenform des Kraftstoffdrucks in einem Haupteinspritzmodus des Motorregelungssystems darstellt,
2b ein Diagramm, welches Wellenformen eines Kraftstoffdrucks in einem Pilot-und-Haupteinspritzmodus des Motorregelungssystems darstellt,
3 ein Graph, welcher Veränderungen eines NO₂/NOx-Verhältnisses darstellt, wenn der Motor in dem Pilot-und-Haupteinspritzmodus durch das Motorregelungssystems betrieben wird,
4 eine Abbildung, welche dazu verwendet wird, eine Kraftstoffeinspritzmenge und einen Kraftstoffeinspritzzeitpunkt in dem Pilot-und-Haupteinspritzmodus einzustellen;
5 ein Graph, welcher die Beziehungen zwischen Katalysatortemperaturen und dem NOx-Reinigungswirkungsgrad eines NOx-Katalysators in dem Motor von 1 darstellt;
6 ein Flußdiagramm einer Hauptroutine einer ECU eines Abgassystems des in 1 dargestellten Motors ist, und
7 ein Flußdiagramm einer Motorregelungsroutine einer ECU des Motorregelungssystems ist.
Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf eine Ausführungsform eines in 1 dargestellten Motorregelungssystems beschrieben. Es wird angenommen, daß das Motorregelungssystem in einem Mehrzylinderdieselmotor 1 (bezeichnet als der Motor 1) aufgenommen ist, welcher in einem (nicht dargestellten) Fahrzeug eingebaut ist. Der Motor 1 wird von einer Motorregelungseinheit 3 (bezeichnet als die "Motor-ECU 3'') des Motorregelungssystyems geregelt. Eine NOx-Reinigungsvorrichtung 2 in einem Abgassystem wird von einer Abgasregelungseinheit 4 (bezeichnet als die "Abgas-ECU 4'') geregelt. Die Motor-ECU 3 und die Abgas-ECU 4 kommunizieren miteinander über eine Kommunikationssteuerleitung 5.
Gemäß 1 ist die Motor-ECU 3 mit einem Gaspedal-Niederdrückungssensor 6 und einen Kurbelwellenwinkelsensor 7 verbunden. Der Gaspedal-Niederdrücksensor 6 detektiert einen Betrag einer Gaspedalniederdrückung θa und der Kurbelwellenwinkelsensor 7 detektiert den Kurbelwellenwinkel und erzeugt Kurbelwellenwinkeldaten Δθ. Die Kurbelwellenwinkeldaten Δθ werden von der Motor-ECU 3 zum Ableiten der Motordrehzahlen Ne verwendet.
Ein Einlaßpfad I enthält einen Kompressor 901 eines Turboladers 9. Der Kompressor 901 besitzt eine Rotationswelle 902, die mit einer Turbine 903 verbunden ist, und ermöglicht damit das Aufladen mit Abgasen. In dem Einlaßpfad I ist ein Zwischenkühler 20 abstromseitig von dem Turbolader 9 angeordnet und kühlt die Einlaßluft. Dieses dient zur Verbesserung des volumetrischen Wirkungsgrades der Einlaßluft zu dem Motor 1 und zur Erhöhung einer Motorleistungsabgabe. Ferner ist ein Drucksensor 8 abstromseitig von dem Zwischenkühler 20 vorgesehen, um einen Ladedruck Pα zu detektieren.
Die Motor-ECU 3 besitzt eine Anzahl von Anschlüssen an ihrer Eingangs/Ausgangs-Schaltung, empfängt Detektionssignale aus dem Drucksensor 8, dem Gaspedal-Niederdrücksensor 6, dem Kurbelwellenwinkelsensor 7 usw. und sendet Steuersignale an das Kraftstoffeinspritzsystem.
Das Kraftstoffeinspritzsystem enthält einen Kraftstoffdruckregelungsabschnitt 12, und einen Einspritzregelungsabschnitt 11, welcher Kraftstoff in eine (nicht dargestellte) Verbrennungskammer unter Verwendung von Einspritzdüsen 10 einspritzt. Diese Abschnitte 12 und 11 werden durch die Motor-ECU 3 geregelt, welche als eine Druckregelung n1 und eine Einspritzregelung n2 arbeitet. Der Motor 1 betätigt die Einspritzdüsen 10 entweder in einem Haupteinspritzmodus M1, welcher nur die Haupteinspritzung durchführt, oder in einem Pilot-und-Haupteinspritzmodus M2, welcher eine Piloteinspritzung und eine Haupteinspritzung durchführt. Die Piloteinspritzung geht der Haupteinspritzung voraus. Die 2(a) und 2(b), welche Kraftstoffdruck in Wellenform darstellen, wenn Kraftstoff in den Haupteinspritzmodus bzw. in den Pilot- und-Haupteinspritzmodus eingespritzt wird.
Der Kraftstoffdruckregelungsabschnitt 12 enthält einen Kraftstoffdruckregler 121, welcher den Druck von Hochdruckkraftstoff auf einen voreingestellten Druck regelt und voreingestellten Druckkraftstoff an eine gemeinsame Leitung 122 liefert. Der Hochdruckkraftstoff wird durch eine Hochdruckpumpe 123 geliefert. Insbesondere ist der Kraftstoffdruckregler 121 mit der Motor-ECU 3 verbunden und regelt den Kraftstoffdruck gemäß einem Ausgangssignal Dp der Kraftstoffdruckregelung n1, so daß ein Druck in der gemeinsamen Leitung 122 auf einen voreingestellten Wert stabilisiert wird.
Der Einspritzregelungsabschnitt 11 ist ein sogenannter Common-Rail-Typ und spritzt Hochdruckkraftstoff unter Verwendung der Einspritzdüsen 10 ein, welche mit der gemeinsamen Leitung 122 über elektromagnetische Ventile Vp verbunden sind. Die elektromagnetischen Ventile Vp sind mit der Motor-ECU 3 verbunden und regeln eine Kraftstoffeinspritzmenge Gf, einen Haupteinspritzzeitpunkt (θmain) und einen Piloteinspritzzeitpunkt (θp) als Reaktion auf ein Ausgangssignal D(Gf) aus der Einspritzregelung n2. In 1 ist nur ein elektromagnetisches Ventil Vp darstellt, das mit der Motor-ECU 3 über eine Leitung zu verbinden ist.
Die Einspritzregelung n2 ermittelt eine Basiskraftstoffeinspritzmenge INJb auf der Basis der Motordrehzahl Ne und der Niederdrückung des Gaspedals θa (d.h., einer Motorbelastung). Die Kraftstoffeinspritzmenge Gf wird durch Addieren einer gemessenen Wassertemperatur dt und eines gemessenen Wertes dp des Ladedrucks Pα zu der Basiskraftstoffeinspritzmenge INJb (d.h., Gf = INJb + dt + dp) ermittelt.
Der Pilot-und-Haupteinspritzmodus M2 wird aus den später im Detail erläuterten Gründen angewendet. In diesem Modus wird die Qualität des durch die Piloteinspritzung eingespritzten Kraftstoffs verbessert, d.h., das NO₂/NOx-Verhältnis des Abgases wird angehoben, was den NOx-Reinigungswirkungsgrad verbessert.
Wenn die Piloteinspritzung nicht angewendet wird, ist das NO₂/NOx-Verhältnis etwa 15% und die NOx-Reinigung ist in dem NOx-Katalysator 13, wie später beschrieben, verringert. Jedoch wird, wenn der Piloteinspritzzeitpunkt θp vorverlegt wird, die NOx-Reinigung beschleunigt. Beispielsweise wird, wenn der Motor 1 bei dem Piloteinspritzzeitpuntk θp zwischen BDTC 40° und 60° betrieben wird, das NO₂/NOx-Verhältnis auf 30% oder mehr erhöht. Daher wird die NOx-Reinigung des (später zu beschreibenden) NOx-Katalysators beschleunigt, was den NOx-Reinigungswirkungsgrad wirksam verbessert.
Die Einspritzregelung n2 wählt den Haupteinspritzmodus M1, wenn eine Katalysatortemperatur Tg hoch ist (z.B. 300°C oder höher) bei der der NOx-Reinigungswirkungsgrad relativ hoch ist, und spritzt den gesamten Kraftstoff der Kraftstoffeinspritzmenge Gf zum Haupteinspritzzeitpunkt θp ein.
Wenn die Katalysatortemperatur Tg niedrig ist (d.h., etwa 200°C), wählt die Einspritzregelung n2 den Pilot-und-Haupteinspritzmodus M2. Die Einspritzregelung n2 weist ein (in 4 dargestelltes) Kennfeld m1 auf, welches experimentell erstellt wird, indem die Basiseinspritzmenge INJb, der Basiseinspritzzeitpunkt θb und der Basispiloteinspritzzeitpunkt θpb für jeden Motorbetriebsbereich en ermittelt wird. Das Kennfeld m1 wird verwendet, um den NOx-Reinigungswirkungsgrad soweit wie möglich in dem Motoroperationsbereich gemäß der Motordrehzahl Ne und der Gaspedalniederdrückung θa zu stei gern, und um das NO₂/NOx-Verhältnis zu verbessern. Das NO₂/NOx-Verhältnis hat die Tendenz sich mit der durch die Piloteinspritzung eingespritzten Kraftstoffmenge zu verändern. Beispielsweise ist aus Experimenten bekannt, daß bei einer Motorbelastung von 40%, das Verhältnis NO₂/NOx 36% bei 4 mg/stroke (Hub) ist, während das Verhältnis 44% bei 8 mg/stroke (Hub) ist.
Das NO₂/NOx-Verhältnis wird so groß wie möglich ausgelegt, indem die Basiseinspritzmenge INJb der Basiseinspritzzeitpunkt θb und der Basispiloteinspritzzeitpunkt θpb angepaßt wird. Es ist bekannt, daß das NO₂/NOx-Verhältnis zwischen 5% und 80% veränderlich ist, wenn eine unter Verwendung des Kennfeldes m1 ermittelte NOx-Menge und die Piloteinspritzmenge und der Piloteinspritzzeitpunkt auf der Basis der NOx-Menge geregelt werden.
Gemäß 1 enthält die NOx-Reinigungsvorrichtung 2: den NOx-Katalysator in einem Abgasrohr 21; eine Harnstofflösungs-Zuführung (eine Reduzierungsmittelzuführung) 14, die anstromseitig von dem NOx-Katalysator 13 angeordnet ist, und pneumatisch eine Harnstofflösung einem Auslaßpfad E bei dem Zuführungspunkt f zuführt; anstromseitige und abstromseitige NOx-Sensoren 15 und 22, welche NOx-Konzentrationen Snoxf und Snoxr an Positionen anstromseitig und abstromseitig von der Harnstofflösungs-Zuführung 14 messen; einen Temperatursensor 16, der eine Temperatur Tg des NOx-Katalysators 13 detektiert und eine Abgas-ECU 4.
Der NOx-Katalysator 13 ist in einem NOx-Wandler 18 in dem Abgasrohr 21 untergebracht, das als der Abgaspfad E dient. Der NOx-Wandler 18 besitzt ein Gehäuse 181, welches einen katalytischen Träger enthält. Der katalytische Träger trägt einen Metallkatalysator (z.B. Vanadiumoxid V₂O₅).
Der NOx-Katalysator 13 kann selektiv NOx in den Abgasen unter Verwendung von Ammoniak (NH₃) als Reduzierungsmittel reduzieren. Die Harnstofflösung wird hydrolysiert, um Ammoniak zu erzeugen, wie es durch die Formel (1) ausgedrückt ist. Das Ammoniak wird dem NOx-Katalysator 13 zugeführt. Der NOx-Katalysator 13 führt hauptsächlich die durch die Formeln (2) und (3) ausgedrückte Reaktion durch, indem er das Ammoniak als das Reduzierungsmittel verwendet, und beschleunigt die Denitrierung zwischen NH₃ und Stickstoffoxid. Insbesondere, wenn die Katalysatortemperatur Tg niedrig ist, d.h., etwa 200°C, aber das NO₂/NOx-Verhältnis groß ist, kann der NOx-Reinigungswirkungsgrad η gemäß Darstellung durch die doppelt gestrichelte Linie in 5 gesteigert werden. In diesem Falle werden die Eigenschaften von NO auf diejenigen von NO + NO₂ gewandelt.
Die Harnstofflösungs-Zuführung 14 sprüht die Harnstofflösung in einen oberen Einlaß in dem NOx-Katalysatorwandler 18 über eine Düse 17 und ein Einstellventil 27 ein.
Die Abgas-ECU 4 besitzt eine Reihe von Anschlüssen in ihrer Eingangs/Ausgangs-Schaltung, um Detektionssignale von den anstromseitigen und abstromseitigen NOx Sensoren 15 und 22 und dem Katalysatortemperatursensor 16 zu empfangen, und um Regelsignale an das Einstellventil 27 zu senden. Ferner sendet und empfängt das Abgassystem ECU 4 über die Regelungssystemkommunikationsleitung 5 Daten an und von der Motor-ECU 3.
Ferner berechnet die Abgas-ECU 4 unter Verwendung eines (nicht dargestellten) Kennfeldes eine Menge D_NH3 des zuzuführenden Reduzierungsmittel auf der Basis der von den Katalysatortemperatursensor 16 detektierten Temperatur Tg, und gibt den Betrag D_NH3 an das Einstellventil 27 aus. Das Abgassystem ECU 4 empfängt die NOx-Konzentrationen Snoxf und Snoxr an den Positionen anstromseitig und abstromseitig von der Harnstof- Harnstofflösungs-Zuführung 14 und berechnet den NOx-Reinigungswirkungsgrad η {= (Snoxf – Snoxr)/Snoxf}
Die Regelungsprozesse der Motor-ECU 3 und der Abgas-ECU 4 werden nachstehend unter Bezugnahme auf die in 6 und 7 dargestellten Regelungsroutinen beschrieben.
Wenn ein Motorstartschlüssel gedreht wird, um den Motor 1 zu aktivieren, wiederholt die Abgas-ECU 4 periodisch eine Hauptregelungsroutine von 6. Im Schritt sa wird ermittelt, ob der Motorschlüssel eingeschaltet ist oder nicht. Im Schritt sb empfängt die Abgas-ECU 4 eine Katalysatortemperatur Tg, eine Kraftstoffeinspritzmenge Gf, eine Menge Unox des emittierten NOx usw. aus der Motor-ECU 3, und ermittelt, ob die empfangenen Daten einwandfrei sind oder nicht. Wenn die Daten nicht einwandfrei sind, wird eine (nicht dargestellte) Alarmlampe eingeschaltet.
Der Prozeß geht zu dem Schritt sc über, sobald die Daten aus den Sensoren einwandfrei sind. Im Schritt sc wird ermittelt, ob die Katalysatortemperatur Tg gleich oder höher als eine voreingestellte Temperatur Th (z.B. 150°C) ist. Wenn die Katalysatortemperatur Tg unterhalb der voreingestellten Temperatur Th liegt, geht der Prozeß zu dem Schritt sd über. Da der NOx-Reinigungswirkungsgrad niedrig ist, wird ein Niedertemperatur-Flag FlgL auf 1 gesetzt, welches an die Motor-ECU 3 gesendet wird.
Umgekehrt geht, wenn die Katalysatortemperatur Tg hoch ist, der Prozeß zu dem Schritt se über, in welchem ein der Menge D_NH3 des hinzuzufügenden Reduzierungsmittels entsprechendes Ausgangssignal an das Einstellventil 27 gesendet wird. Die Menge D_NH3 wird auf der Basis der detektierten Katalysatortemperatur Tg festgelegt. Danach wird der Prozeß zu dem Schritt sb zurückgeführt.
Die Motor-ECU 3 führt eine in 7 dargestellte Motorregelungsroutine durch. Im Schritt a1 empfängt die Motor-ECU 3 Motorbetriebsdaten, wie z.B. die Motordrehzahl Ne, die Gaspedalniederdrückung θa, den Einheitskurbelwellenwinkel Δθ und den Ladedruck Pα. Ferner empfängt die Motor-ECU 3 aus dem Abgassystem ECU den NOx-Reinigungswirkungsgrad η {= (Snoxf – Snoxr)/Snoxf}, das Niedertemperaturflag FlgL (= 1 oder 0) und so weiter. Danach geht der Prozeß zu dem Schritt a2 über.
Im Schritt a2 wird ermittelt, ob der NOx-Reinigungswirkungsgrad η unter einem voreingestellten Wert ηL, (d.h., 20%) liegt, welcher als ein Schwellenwert verwendet wird, um festzustellen, daß der NOx-Reinigungswirkungsgrad η deutlich reduziert ist. In dieser Ausführungsform ist der voreingestellte Wert ηL auf 20% eingestellt. Mit anderen Worten, wenn dieser Wert nicht erreicht wird, ist der NOx-Reinigungswirkungsgrad η zu verbessern.
Wenn der NOx-Reinigungswirkungsgrad η im Schritt a2 über 20% liegt, geht der Prozeß zu dem Schritt a4 über, wo die-Motor-ECU 3 den Haupteinspritzmodus M1 auswählt und einen Haupteinspritzzeitpunkt θmain und eine Kraftstoffeinspritzmenge Gf berechnet. Danach geht der Prozeß zu dem Schritt a6 über.
Wenn der NOx-Reinigungswirkungsgrad η unter 20% liegt, geht der Prozeß zu dem Schritt a3 über, wo ermittelt wird, ob die Katalysatortemperatur Tg unter der voreingestellten Temperatur Th (z.B. 150°C) liegt oder nicht, und ob das Niedertemperatur-Flag FlgL 1 ist oder nicht.
Wenn das Niedertemperatur-Flag FlgL 0 ist, und die Katalysatortemperatur Tg gleich oder höher als die voreingestellte Temperatur Th ist, geht der Prozeß zu dem Schritt a4 über, in welchem der Haupteinspritzmodus M1 gewählt wird.
Andererseits geht, wenn das Niedertemperatur-Flag FlgL 1 ist, der Prozeß zu dem Schritt a5 über, wo der Pilot-und-Haupteinspritzmodus M2 gewählt wird, die Haupt- und Pilot-Kraftstoffeinspritzmengen in dem Modus M2 eingestellt und der Piloteinspritzzeitpunkt θp und der Haupteinspritzzeitpunkt θmain berechnet werden. Danach geht der Prozeß zu dem Schritt a6 über.
Hier wird angenommen, daß der Haupteinspritzmodus M1 ausgewählt worden ist. Im Schritt a6 wird ein der berechneten Kraftstoffeinspritzmenge Gf entsprechendes Ausgangssignal in einem Einspritzmengentreiber 111 des Einspritzregelungsabschnittes 11 eingestellt, und der Haupteinspritzzeitpunkt θmain wird in einem Einspritzzeitpunkttreiber 112 des Einspritzregelungsabschnittes 11 eingestellt. Die Einspritzdüsen 10 werden zu korrekten Zeitpunkten betätigt und dadurch Kraftstoff eingespritzt. Danach geht der Prozeß zu dem Schritt a7 über.
Anderenfalls wird angenommen, daß der Pilot-und-Haupteinspritzmodus M2 gewählt wurde. Im Schritt a6 werden die berechneten Haupt- und Piloteinspritzmengen Gf in dem Einspritzmengentreiber 111 eingestellt, während der Haupteinspritzzeitpunkt θmain und der Piloteinspritzzeitpunkt θp in dem Pilot-und-Haupteinspritzmodus M2 in dem Einspritzzeitpunkttreiber 112 eingestellt werden. Der Einspritzmengentreiber 111 und der Einspritzzeitpunkttreiber 112 beginnen zu zählen, so daß die Einspritzdüsen 10 zu den korrekten Zeitpunkten betätigt werden und Kraftstoff einspritzen. Im Schritt a7 werden weitere Motorregelungsoperationen durchgeführt. Dann kehrt der Prozeß zu dem Schritt a1 zurück.
Das Motorregelungssystem für die Kraftstoffeinspritzung in dem Pilot-und-Haupteinspritzmodus M2 durch, wenn der NOx-Reinigungswirkungsgrad η gleich oder kleiner als ein vorbe stimmter Wert ηL (= 20%) ist. Dieses ermöglicht die Erhöhung des NO₂/NOx-Verhältnisses und die Verbesserung des NOx-Reinigungswirkungsgrades η, wie es durch die doppelt gestrichelte Linie in 5 dargestellt ist. Jedoch ist der NOx-Reinigungswirkungsgrad η üblicherweise niedrig, d.h., p1, wie es durch die durchgezogene Linie in 5 dargestellt ist, wenn die Katalysatortemperatur Tg angenähert 200°C ist. In einem derartigen Falle wird der Pilot-und-Haupteinspritzmodus M2 wie vorstehend beschrieben angewendet, so daß der NOx-Reinigungswirkungsgrad η auf den Wert p2 gemäß Darstellung durch die doppelt gestrichelte Linie gesteigert werden kann. Dadurch kann der NOx-Reinigungswirkungsgrad η schnell bei einer relativ niedrigen Katalysatortemperatur verbessert werden, was wirksam die Entgiftung von Abgasen begünstigt.
In der Motorregelungsroutine geht der Prozeß, wenn der NOx-Reinigungswirkungsgrad η unter 20% im Schritt a2 liegt, auf den Schritt a3 über. Im Schritt a3 wird ermittelt, ob das Niedertemperaturflag FlgL 1 ist oder nicht. Wenn FlgL 1 ist, geht der Prozeß zu dem Schritt a5 über, in welchem der Pilot- und-Haupteinspritzmodus M2 durch das Motorregelungssystem 3 gewählt wird. Die Auswahl des Pilot-und-Haupteinspritzmodus M2 wird durch Prüfung der vorstehenden Faktoren (in den Schritten a2 und a3) entschieden, so daß das Motorregelungssystem zuverlässig die Kraftstoffeinspritzung durchführen kann. Wenn der Pilot-und-Haupteinspritzmodus M2 nur auf der Basis eines Faktors gewählt wurde, der von dem voreingestellten Wert aufgrund von Störungen oder dergleichen abweicht, würde das Motorregelungssystem den Haupteinspritzmodus M1 gegenüber dem Pilot-und-Haupteinspritzmodus M2 oder umgekehrt extrem häufig wechseln, was einen instabilen Betrieb des Motorregelungssystems bewirken würde.
Alternativ kann der Prozeß, wenn der NOx-Reinigungswirkungsgrad η unter 20% im Schritt a2 liegt, direkt zu dem Schritt a5 übergehen, um den Pilot-und-Haupteinspritzmodus M2 zu wählen. Dieses kann den Regelungsprozeß der Motor-ECU 3 vereinfachen.
In der vorstehenden Ausführungsform wird, wenn der NOx-Reinigungswirkungsgrad η niedrig wird, eine Reduzierung des NO₂/NOx-Verhältnisses angenommen und der Pilot-und-Haupteinspritzmodus M2 gewählt. Alternativ kann der Pilot-und-Haupteinspritzmodus M2 gewählt werden, wenn das NO₂/NOx-Verhältnis direkt von einem NO₂/NOx-Verhältnissensor detektiert und für reduziert befunden wird.
Bestehende NOx-Sensoren weisen tendenziell unterschiedliche Empfindlichkeitspegel für NO und NO₂ auf und sind gegenüber NO₂ relativ weniger empfindlich. Daher gibt es Unterschiede in den von den NOx-Sensoren gesammelten Daten, wenn sie NOx in Abgasen so wie sie sind messen, und wenn sie NOx messen, indem sie NOx auf NO oder NO₂ reduzieren oder oxidieren. Es ist möglich, den NO₂/NOx-Verhältnissensor auf der Basis der vorstehenden Merkmale herzustellen.
Beispielsweise wird angenommen, daß das gesamte NOx auf NO₂ reduziert wird. A – B = (1 – α) × NO B/α – A = (1 – α) × NO2 NO2/NO = {(B/α) – A}/(A – B)wobei A ein Signal ist (= NO + α × NO₂), welches das von dem NOx-Sensor wie üblich detektierte NOx repräsentiert, B ein Signal ist (= α × (NO + NO₂)), welches das NOx repräsentiert, welches vollständig zu NO₂ oxidiert ist und von dem NOx- Sensor detektiert wird, und α das Detektionsempfindlichkeitsverhältnis zwischen NO₂ und NO bezeichnet.
Ein Motorregelungssystem, das den NO₂/NOx-Verhältnissensor enthält, ist genau so effektiv und vorteilhaft wie das in 1 dargestellte Motorregelungssystem.

Claims

Motorregelungssystem, welches aufweist: einen Ammoniak als ein Reduzierungsmittel enthaltenden NOx-Katalysator (13) der in einem Abgassystem eines Verbrennungsmotors (1) vorgesehen ist und selektiv NOx aus den Abgasen reduziert; eine Reduzierungsmittel-Zuführung (14), welche das Reduzierungsmittel dem Abgassystem zuführt und anströmseitig von dem NOx-Katalysator (13) positioniert ist; einen NOx-Sensor (15, 22) welcher die Menge von NOx in den von dem Verbrennungsmotor emittierten Abgasen detektiert; ein Kraftstoffeinspritzsystem, das Kraftstoff in den Verbrennungsmotor (1) in einem Haupteinspritzmodus einspritzt, welcher eine Haupteinspritzung durchführt, oder in einem Pilot-und-Haupteinspritzmodus, der eine Piloteinspritzung und eine Haupteinspritzung durchführt, wobei die Piloteinspritzung vor der Haupteinspritzung erfolgt; und eine Regelungseinheit, welche das Kraftstoffeinspritzsystem in dem Pilot-und-Haupteinspritzmodus unter der Kontrolle des Piloteinspritzzeitpunktes aktiviert, um das NO₂/NOx-Verhältnis des Abgases zu erhöhen, wenn ein auf der Basis der Daten des emittierten NOx ermittelter NOx-Reinigungswirkungsgrad gleich oder kleiner als ein vorab festgelegter NOx-Reinigungswirkungsgrad ist.
Motorregelungssystem nach Anspruch 1, welches ferner einen Katalysatortemperatursensor (16) enthält, der eine Temperatur des NOx-Katalysators (13) detektiert, wobei die Regelungseinheit das Kraftstoffeinspritzsystem in dem Pilot-und-Haupteinspritzmodus aktiviert, wenn der NOx- Reinigungswirkungsgrad gleich oder kleiner als der voreingestellte Reinigungswirkungsgrad ist und wenn die von dem Katalysatortemperatursensor (16) detektierte Temperatur unter einer Katalysatoraktivierungstemperatur liegt.